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AstroResearch 科研功能扩展路线图

项目现状

已实现的核心能力

数据源（9 个）：

数据源	产品类型	状态
LAMOST	光谱（LRS/MRS）	完整
Gaia	XP 光谱（BP/RP）、RVS、历元测光	完整
SDSS	光学光谱（spec）、APOGEE 近红外（apstar/aspcap）	完整
DESI	暗能量光谱仪（coadd）	完整
2MASS	近红外测光（J/H/K）	完整
AllWISE	中红外测光（W1-W4）	完整
Pan-STARRS	光学测光（g/r/i/z/y）	完整
ZTF	时域光变曲线（zg/zr/zi）	完整
TESS	空间时域光变曲线（2min/FFI）	完整

Agent 工具集：

• search_papers — ADS/arXiv 文献搜索
• process_paper — 下载、解析、向量化、翻译
• get_paper_content / get_paper_outline — 阅读解析后文献
• rag_search — 稠密向量 + BM25 混合检索
• query_target — CDS Sesame 天体名称解析
• find_observation — 跨源观测数据统一下载
• catalog_operation — VizieR TAP 星表查询（ADQL + 锥形检索）
• save_note — 高亮/笔记存储
• get_paper_metadata — 完整文献元数据
• search_local_library — 本地文献库搜索
• get_citation_network — 引文网络图
• analyze_image — 视觉模型图像分析
• 文件操作、bash、记忆、技能、子 Agent、团队协作等

已有技能：

• methodology — 系统性文献综述方法论
• plotting — 科研绘图规范（占位，未实现）
• presentation — 演示文稿技能

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一、数据获取层 — 补全缺失的数据源

1.1 JWST/MIRI 数据获取

目标：通过 MAST API 获取詹姆斯·韦伯空间望远镜 NIRSpec/MIRI 光谱数据。

需求：

• 新增 src/clients/mast/jwst.rs，封装 MAST JWST 查询 API
• 实现 JwstSpectrumFetcher，注册到 ObservationRegistry
• Source 枚举新增 Jwst 变体
• 支持 NIRSpec IFU/MOS、MIRI MRS/LRS 光谱产品
• FITS 解析支持 JWST 特有的多扩展 BinTable 格式

价值：JWST 是当前最热门的望远镜，大量前沿论文依赖 JWST 数据。

预估工作量：中等（MAST API 文档完善，但 FITS 结构复杂）。

1.2 X 射线数据（XMM-Newton / Chandra）

目标：通过 HEASARC TAP 获取高能天体物理观测数据。

需求：

• 新增 src/clients/heasarc/，封装 HEASARC TAP 查询
• 实现 XmmSpectrumFetcher 和 ChandraSpectrumFetcher
• Source 枚举新增 Xmm 和 Chandra 变体
• 支持 X 射线光谱（PHA）和光变曲线产品

价值：覆盖高能波段，满足活动星系核、X 射线双星、星系团等研究需求。

预估工作量：中等（HEASARC TAP 接口标准，但数据格式多样）。

1.3 VLBI/Gaia 天体测量数据

目标：通过 VizieR 获取高精度自行、视差和天体测量数据。

需求：

• 扩展现有 CatalogOperationTool，预置 Gaia DR3 天体测量常用查询模板
• 新增 GaiaAstrometryFetcher，专门处理高精度自行/视差数据
• 支持按自行/视差筛选的 cone search

价值：精密天体测量是银河考古学和恒星动力学的基础。

预估工作量：小（VizieR 已支持，主要是模板和预置查询）。

1.4 光谱图像 Cutout

目标：实现 SDSS/Gaia/DSS 图像 cutout 下载 + 前端渲染。

需求：

• 实现 ImageCutoutFetcher，支持 SDSS SkyServer cutout API、DSS (STScI)、Gaia 推荐图
• 完成 ImagePreview 解析器（preview.rs 中已有占位）
• 前端 ObservationPreviewRenderer 新增图像渲染 case
• 支持自定义 cutout 大小和坐标

价值：观测规划和文献中的发现图（Finding Chart）必备。

预估工作量：中等（API 简单，但前端图像渲染需要新组件）。

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二、数据分析层 — 光谱/光变科学分析

2.1 光谱参数自动提取

目标：从 LAMOST/SDSS FITS 文件中自动读取恒星大气参数（Teff, logg, [Fe/H], 径向速度等），结构化入库。

需求：

• 新增 src/services/spectrum/parameters.rs，实现 FITS Header/BinTable 参数提取
• LAMOST：从 params.fits 或 spec.fits header 读取 TEFF, LOGG, FEH, RV
• SDSS/BOSS：从 line.dat 或 aspcapStar 读取 ASPCAP 参数
• SDSS/APOGEE：从 aspcapStar FITS 读取完整化学丰度
• DESEI：从 coadd FITS header 读取红移和分类
• 结构化数据入库（新建 spectrum_parameters 表或扩展 observation_cache）
• Agent 新增 get_spectrum_parameters 工具，查询已提取的参数

价值：每篇恒星物理论文都需要这类参数，手动提取极其低效。

预估工作量：中等（FITS 解析已有基础，需逐源适配 header 约定）。

2.2 光谱线识别与等值宽度测量

目标：标注 Balmer/H&K/金属线位置，自动计算等值宽度（EW）和半高全宽（FWHM）。

需求：

• 新增 src/services/spectrum/lines.rs，内置常见谱线波长表（真空/空气波长）
• 实现谱线搜索算法：在给定波长窗口内找局部极值（发射线找极大，吸收线找极小）
• 实现数值积分 EW 计算（梯形法）
• 支持用户自定义谱线列表
• Agent 新增 measure_spectral_lines 工具，输入光谱路径 + 谱线名称列表，输出 EW/FWHM
• 前端光谱图支持谱线标注叠加层

价值：光谱分析的核心操作，天文学生和研究者日常高频使用。

预估工作量：中等偏高（谱线表容易，但稳健的峰值搜索和 EW 计算需要仔细实现）。

2.3 交叉相关测速

目标：通过模板匹配法测量径向速度（RV），支持多波段光谱。

需求：

• 新增 src/services/spectrum/cross_correlate.rs
• 内置或下载标准模板光谱（如 Pickles Atlas、PHOENIX 模型）
• 实现 FFT 加速的交叉相关函数计算
• 从互相关峰值位置提取 RV + 不确定度估计
• 支持用户上传自定义模板
• Agent 新增 measure_radial_velocity 工具

价值：双星、视向速度变星、银河系动力学研究的核心工具。

预估工作量：中等（算法成熟，但模板管理和多波段适配需要设计）。

2.4 光变周期搜索

目标：基于 Lomb-Scargle 周期图和 BLS（Box Least Squares）算法，自动搜索光变周期。

需求：

• 新增 src/services/timeseries/periodicity.rs
• 实现 Lomb-Scargle 周期图（非均匀采样友好）
• 实现 BLS 算法（凌星检测专用）
• 自动报告最优周期、FAP（误报概率）、次优周期
• 支持 ZTF、TESS、Gaia 历元测光数据
• Agent 新增 find_period 工具，输入光变曲线文件，输出周期 + 周期图
• 前端支持折叠光变曲线（Phase-folded light curve）展示

价值：ZTF/TESS 数据的刚需，变星和系外行星研究的核心分析。

预估工作量：中等（Lomb-Scargle 算法有 Rust 实现可参考，BLS 较复杂）。

2.5 光变分类与特征提取

目标：自动识别变星类型，提取振幅、形态参数等特征。

需求：

• 新增 src/services/timeseries/classification.rs
• 基于周期 + 振幅 + 偏度 + 峰度等统计特征的简单分类器
• 支持 RR Lyrae、Cepheid、食双星、脉动变星、AGN 等主要类型
• 可选：集成轻量 ML 模型（如 Random Forest，通过 ONNX Runtime）
• Agent 新增 classify_variable_star 工具

价值：时域巡天（ZTF/TESS）数据量巨大，自动化分类是必要环节。

预估工作量：高（分类器训练和特征工程需要较多工作）。

2.6 SED 拟合与建模

目标：多波段测光数据拟合黑体或模板光谱能量分布，求解天体物理参数。

需求：

• 新增 src/services/analysis/sed.rs
• 自动拉取目标所有可用波段测光（2MASS + WISE + PS1 + Gaia）
• 实现黑体辐射模型拟合（最小二乘/MCMC）
• 可选模板 SED 拟合（BaSeL/PHOENIX 模板库）
• 输出 T_eff、光度、消光 A_V 及其不确定度
• 前端 SED 图展示（观测点 + 拟合曲线 + 残差）
• Agent 新增 fit_sed 工具

价值：天体物理参数估计的基础方法，适用于恒星、AGN、超新星等多种天体。

预估工作量：中等偏高（黑体拟合简单，但模板拟合和 MCMC 需要较多工作）。

2.7 自行/视差运动学分析

目标：基于 Gaia DR3 高精度自行 + 视差，计算银河系三维空间速度（UVW），识别移动星群。

需求：

• 新增 src/services/analysis/kinematics.rs
• 实现坐标变换：(RA, Dec, parallax, pmRA, pmDec, RV) → (X, Y, Z, U, V, W)
• 实现移动星群成员概率计算（基于 Banyan Σ 算法简化版）
• 支持批量样本处理
• Agent 新增 analyze_kinematics 工具

价值：银河考古学（Galactic Archaeology）的核心分析方法。

预估工作量：中等（坐标变换公式成熟，Banyan Σ 需要简化实现）。

2.8 化学丰度模式分析

目标：多元素丰度比（[α/Fe] vs [Fe/H]）自动提取与可视化，区分厚盘/薄盘/晕星。

需求：

• 扩展光谱参数提取（2.1），从 APOGEE ASPCAP 数据读取完整化学丰度
• 新增 src/services/analysis/chemistry.rs
• 实现 [α/Fe] 计算（α 元素：O, Mg, Si, S, Ca, Ti 的加权平均）
• 自动绘制 [α/Fe] vs [Fe/H] 图，并按运动学成分着色
• Agent 新增 analyze_abundance_pattern 工具

价值：银河考古学的核心工具，用于区分银河系不同星族。

预估工作量：中等（数据提取为主，分析逻辑相对直接）。

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三、可视化与输出层

3.1 光谱交互式标注

目标：前端光谱图支持点击标注谱线名称，自动显示等值宽度。

需求：

• 扩展 SpectrumPlot.tsx，新增谱线标注叠加层
• 内置常见谱线波长表（Balmer 系列、H&K、NaD、Mg b、Fe 等）
• 支持用户点击光谱图任意位置添加自定义标注
• 标注信息（谱线名、波长、EW）以 tooltip 形式展示
• 后端 preview.rs 返回时可选附带谱线标注数据

价值：显著提升光谱阅读和教学体验。

预估工作量：中等（前端组件开发为主）。

3.2 赫罗图（HR Diagram）

目标：基于 Gaia 数据构建颜色-星等图（CMD），支持叠加自定义样本。

需求：

• 新增 src/api/hertzsprung_russell.rs 或扩展现有 Gaia 查询
• 自动查询给定天区/样本的 Gaia G-mag、BP-RP color、parallax
• 计算绝对星等 M_G = G + 5 + 5*log10(parallax/1000)
• 返回数据供前端渲染 HR 图
• 前端新增 HR Diagram 组件（scatter plot，支持密度着色）
• 支持叠加用户自定义样本（不同颜色/标记）

价值：恒星物理的基础可视化，几乎所有恒星相关论文都包含 HR 图。

预估工作量：中等（数据查询简单，前端绘图需要新组件）。

3.3 发现图（Finding Chart）

目标：生成目标天区的 DSS/Pan-STARRS 图像 cutout + 标注目标位置。

需求：

• 调用 STScI DSS cutout API 或 Pan-STARRS cutout API
• 返回 cutout 图像 + 目标中心标注
• 支持自定义 cutout 大小（arcmin）和缩放
• Agent 工具 find_observation 可选返回 finding chart
• 前端在观测数据页面展示 finding chart

价值：观测准备的必备环节，望远镜观测提案中需要附带 finding chart。

预估工作量：小（API 简单，主要是前端展示）。

3.4 多波段 SED 图

目标：自动拉取所有可用波段测光数据，绘制 SED 图并拟合模型。

需求：

• 扩展 2.6 节 SED 拟合功能，新增前端 SED 图组件
• 自动标记各波段（2MASS J/H/K、WISE W1-W4、Gaia G/BP/RP 等）
• 支持对数坐标轴
• 拟合曲线叠加显示，残差面板

价值：参数化分析的标准可视化。

预估工作量：中等（依赖 2.6 节后端实现）。

3.5 SkyMap 天球投影

目标：在全天球图上可视化样本分布，支持按参数着色。

需求：

• 新增 SkyMapPanel 前端组件
• 使用 Mollweide 或 Aitoff 投影
• 支持按天体类型、金属丰度、自行等参数着色
• 叠加银河平面、银道坐标网格
• 支持交互式缩放和选区

价值：巡天论文的标准可视化，用于展示样本的天球分布。

预估工作量：中等（前端投影计算 + WebGL 渲染）。

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四、工作流增强

4.1 批量样本处理

目标：给定一组天体名称/坐标，批量执行"查询 → 下载 → 分析 → 出图 → 保存报告"。

需求：

• 新增 src/agent/tools/astro/research/batch_process.rs，实现 BatchProcessTool
• 支持输入格式：天体名称列表、坐标列表、VizieR 查询结果
• 批量流程：query_target → find_observation → 参数提取 → 出图
• 并发控制（避免触发数据源速率限制）
• 进度报告（SSE 事件推送）
• 输出汇总报告（Markdown 表格 + 图表）

价值：巡天论文的标准工作流，手动逐个处理效率极低。

预估工作量：中等偏高（并发控制和错误处理需要仔细设计）。

4.2 定时文献监控

目标：Cron 定时检查 ADS/arXiv 新文献，匹配用户关注的关键词/作者/天体。

需求：

• 新增 src/agent/tools/astro/research/literature_monitor.rs
• 用户定义监控规则（关键词、作者、天体名称、arXiv 分类）
• 使用现有 loop 技能定时触发
• 新文献匹配时通过 SSE 推送通知
• 支持自动下载摘要 + 生成简报

价值：帮助研究者跟踪前沿，不遗漏重要文献。

预估工作量：中等（定时任务框架已有，主要是规则匹配和通知）。

4.3 观测提案辅助

目标：根据目标天区自动计算可见性、月相限制、曝光时间估算。

需求：

• 新增 src/services/analysis/observability.rs
• 计算目标在给定台站的升起/落下时间和最佳观测窗口
• 月相和银河背景亮度估算
• 基于目标亮度和望远镜参数的曝光时间估算
• Agent 新增 plan_observation 工具
• 输出观测提案所需的标准化信息

价值：望远镜申请的时间评估和观测规划必备。

预估工作量：中等（天文计算公式成熟，但台站参数和大气消光模型需要数据）。

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五、实施优先级建议

优先级	功能	理由	状态
P0	光谱参数自动提取（2.1）	已下载数据的直接利用，所有恒星论文都用	✅ 已实现
P0	光变周期搜索（2.4）	ZTF/TESS 数据的刚需，时域天文学核心	✅ 已实现
P1	光谱线识别与 EW 测量（2.2）	光谱分析的日常操作	✅ 已实现
P1	交叉相关测速（2.3）	双星/视向速度研究核心工具	✅ 已实现
P1	绘图 skill 填充（现有占位）	提升 Agent 绘图能力的基础	✅ 已实现
P2	SED 拟合（2.6）	多波段分析的标准方法	✅ 已实现
P2	赫罗图（3.2）	恒星物理基础可视化	✅ 已实现
P2	批量样本处理（4.1）	巡天论文工作流提效	✅ 已实现
P3	JWST 数据获取（1.1）	前沿望远镜，但使用门槛较高	✅ 已实现
P3	光变分类（2.5）	时域数据分析，但分类器训练复杂	✅ 已实现
P3	SkyMap 天球投影（3.5）	巡天论文可视化，但优先级不如核心分析	✅ 已实现

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六、已实现功能详情

已完成的数据分析层

功能	Agent 工具	后端模块	状态
光谱参数提取	get_spectrum_parameters	services/spectrum/parameters.rs	✅
谱线识别与EW测量	measure_spectral_lines	services/spectrum/lines.rs	✅
交叉相关测速	measure_radial_velocity	services/spectrum/cross_correlate.rs	✅
周期搜索	find_period	services/timeseries/periodicity.rs	✅
变星分类	classify_variable_star	services/timeseries/classification.rs	✅
SED拟合	fit_sed	services/analysis/sed.rs	✅
运动学分析	analyze_kinematics	services/analysis/kinematics.rs	✅
化学丰度分析	analyze_abundance_pattern	services/analysis/chemistry.rs	✅
观测提案辅助	plan_observation	services/analysis/observability.rs	✅
批量样本处理	batch_process	agent/tools/astro/research/batch_process.rs	✅
文献监控	literature_monitor	agent/tools/astro/research/literature_monitor.rs	✅

已完成的数据获取层

功能	模块	说明	状态
JWST 数据获取	clients/mast/jwst.rs + services/observation/jwst.rs	MAST JWST API + SpectrumFetcher	✅
X射线数据	clients/heasarc/ + services/observation/xray.rs	HEASARC TAP + XMM/Chandra fetcher	✅
光谱图像Cutout	services/observation/cutout.rs	SDSS/DSS/Pan-STARRS cutout API + CutoutFetcher	✅
赫罗图	api/hr_diagram.rs	Gaia CMD 查询 API	✅
绘图skill	skills/plotting/SKILL.md	Python matplotlib 科研绘图模板（8种图表）	✅

已完成的工作流增强

功能	模块	说明	状态
批量样本处理	agent/tools/astro/research/batch_process.rs	查询→下载→分析→报告	✅
文献监控	agent/tools/astro/research/literature_monitor.rs	ADS/arXiv 最新文献匹配	✅